JP4669831B2 - イオンビーム源及びこれを備えた成膜装置 - Google Patents
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Description
本発明は、イオンビーム源及びこれを備えた成膜装置に関するものである。
基板上に金属薄膜を形成し、これを酸素プラズマで処理することを繰り返して金属酸化膜を形成する装置は、高品位な光学薄膜を形成することができるため実用化されている。このような装置において、酸化アシスト等のためにイオンビーム源は使用されており、その一例として例えば特許文献１に開示がなされている。
このようなイオンビーム源を用いて、基板上に形成された金属酸化物にイオンビームを照射すると、図４に示すように、基板（図示せず）上の誘電材料３１がエッジングされたカソード３２の表面に着膜する。
同文献のカソード３２の場合、アルミニウムにより構成されるか、或いは、アルミニウムにより被覆され、その表面に電子をエンハンスする作用を有するために反応過程において、アルミニウムの表面にだけ薄いアルミナ３３の層が形成されることになる。
しかしながら、僅かな膜厚のアルミナ３３では耐圧性が低く、カソード３２の表面に着膜した誘電材料３１に蓄積した電荷３４とカソード３２との間に電位差が生じ、局所的にアーク放電（異常放電）が起こり、パーティクルやスプラッシュにより基板を汚染するという問題があった。
このようなイオンビーム源を用いて、基板上に形成された金属酸化物にイオンビームを照射すると、図４に示すように、基板（図示せず）上の誘電材料３１がエッジングされたカソード３２の表面に着膜する。
同文献のカソード３２の場合、アルミニウムにより構成されるか、或いは、アルミニウムにより被覆され、その表面に電子をエンハンスする作用を有するために反応過程において、アルミニウムの表面にだけ薄いアルミナ３３の層が形成されることになる。
しかしながら、僅かな膜厚のアルミナ３３では耐圧性が低く、カソード３２の表面に着膜した誘電材料３１に蓄積した電荷３４とカソード３２との間に電位差が生じ、局所的にアーク放電（異常放電）が起こり、パーティクルやスプラッシュにより基板を汚染するという問題があった。
そこで、本発明は、カソード近傍に発生する異常放電を防止してパーティクルやスプラッシュの発生を抑制するためのイオンビーム源及びこれを備えた成膜装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決すべく、本発明者等は鋭意検討の結果、次の解決手段を見いだした。
即ち、本発明のイオンビーム源は、請求項１に記載の通り、金属製の筐体に、カソードと、磁気ギャップと、前記筐体内に磁場を生じさせる磁場発生手段と、前記筐体内に反応性ガスを導入するための反応性ガス導入手段と、前記磁気ギャップの近傍に配置されるアノードとを備えるイオンビーム源であって、前記カソード表面に膜厚が１００μｍ〜２００μｍとなるように絶縁被膜を形成したことを特徴とする。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のイオンビーム源において、前記絶縁被膜は、アルミナ溶射膜であることを特徴とする。
また、本発明の成膜装置は、請求項３に記載の通り、請求項１又は２に記載のイオンビーム源を備えたことを特徴とする。
即ち、本発明のイオンビーム源は、請求項１に記載の通り、金属製の筐体に、カソードと、磁気ギャップと、前記筐体内に磁場を生じさせる磁場発生手段と、前記筐体内に反応性ガスを導入するための反応性ガス導入手段と、前記磁気ギャップの近傍に配置されるアノードとを備えるイオンビーム源であって、前記カソード表面に膜厚が１００μｍ〜２００μｍとなるように絶縁被膜を形成したことを特徴とする。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のイオンビーム源において、前記絶縁被膜は、アルミナ溶射膜であることを特徴とする。
また、本発明の成膜装置は、請求項３に記載の通り、請求項１又は２に記載のイオンビーム源を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、成膜の際に、アシスト源やエッチング源等として使用することができるイオンビーム源のカソード近傍における異常放電を防止することができ、この異常放電に起因するパーティクルやスプラッシュの発生を軽減することができる。
次に、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、成膜装置の概略構成図を示す。
真空チャンバ１の略中央部には、基板支持手段を備えた回転ドラム２が配置され、その回転方向に順に、第１成膜ゾーン３、第２成膜ゾーン４及び酸化ゾーン５が配置される。
スパッタリングを行う第１成膜ゾーン３は、電極（２台）からなるスパッタカソード６と、前記スパッタカソード６に隣接して配置されるＴａ、ＮｂやＴｉ等から構成されるターゲット７と、前記スパッタカソード６に交流電圧を印加するためのＡＣ電源８と、第１成膜ゾーン３においてＡｒガス等を導入するためのＡｒガス導入系９から構成される。同様にスパッタリングを行う第２成膜ゾーン４は、電極（２台）からなるスパッタカソード１０と、これに隣接して配置されるＳｉ等から構成されるターゲット１１と、前記スパッタカソード１０に交流電圧を印加するためのＡＣ電源１２と、第２成膜ゾーン４においてＡｒガス等を導入するためのガス導入系１３から構成される。また、酸化ゾーン５には、酸化プラズマ源１４が設置される。
アシスト源又はエッチング源として使用するイオンビーム源１５は、第１成膜ゾーン３と酸化ゾーン５の間に配置され、アースされた真空チャンバー１内に固定される。
イオンビーム源１５は、図２に示すように、軟鉄、ＳＵＳやアルミニウム等の金属により構成された中空の筐体１６内に、その内部に磁場を発生させるための磁場発生手段１７と、磁場発生手段１７を囲むようにしてアノード１８とを備える。また、筐体１６の下部（真空チャンバー１側）には、真空チャンバー１内にＯ２等の反応性ガスを導入するための反応性ガス導入手段１９が設けられる。筐体１６の上部（回転ドラム２側）には、磁気ギャップ２０が形成され、その両側の筐体１６の一部がカソード２１として構成されている。尚、カソード２１の表面には、アルミナ、アルマイトやＳｉＯ２等の絶縁被膜２２が形成される。
図１は、成膜装置の概略構成図を示す。
真空チャンバ１の略中央部には、基板支持手段を備えた回転ドラム２が配置され、その回転方向に順に、第１成膜ゾーン３、第２成膜ゾーン４及び酸化ゾーン５が配置される。
スパッタリングを行う第１成膜ゾーン３は、電極（２台）からなるスパッタカソード６と、前記スパッタカソード６に隣接して配置されるＴａ、ＮｂやＴｉ等から構成されるターゲット７と、前記スパッタカソード６に交流電圧を印加するためのＡＣ電源８と、第１成膜ゾーン３においてＡｒガス等を導入するためのＡｒガス導入系９から構成される。同様にスパッタリングを行う第２成膜ゾーン４は、電極（２台）からなるスパッタカソード１０と、これに隣接して配置されるＳｉ等から構成されるターゲット１１と、前記スパッタカソード１０に交流電圧を印加するためのＡＣ電源１２と、第２成膜ゾーン４においてＡｒガス等を導入するためのガス導入系１３から構成される。また、酸化ゾーン５には、酸化プラズマ源１４が設置される。
アシスト源又はエッチング源として使用するイオンビーム源１５は、第１成膜ゾーン３と酸化ゾーン５の間に配置され、アースされた真空チャンバー１内に固定される。
イオンビーム源１５は、図２に示すように、軟鉄、ＳＵＳやアルミニウム等の金属により構成された中空の筐体１６内に、その内部に磁場を発生させるための磁場発生手段１７と、磁場発生手段１７を囲むようにしてアノード１８とを備える。また、筐体１６の下部（真空チャンバー１側）には、真空チャンバー１内にＯ２等の反応性ガスを導入するための反応性ガス導入手段１９が設けられる。筐体１６の上部（回転ドラム２側）には、磁気ギャップ２０が形成され、その両側の筐体１６の一部がカソード２１として構成されている。尚、カソード２１の表面には、アルミナ、アルマイトやＳｉＯ２等の絶縁被膜２２が形成される。
上記構成により、基板を保持した回転ドラム２を回転させ、第１及び第２成膜ゾーン３、４において金属膜を成膜し、その後、酸化ゾーン５を通過させることにより金属膜を酸化し、これらの工程を繰り返すことにより、所望の金属酸化薄膜を基板上に形成する。これらの工程において、イオンビーム源１５は、プラズマを発生させてイオンビームを生成し、酸化ゾーン５における酸化のアシストをする。
上記イオンビーム源１５のカソード２１の表面には、膜厚１００μｍ〜２００μｍの絶縁被膜２２が設けられているため、この絶縁被膜２２に誘電材料３１が付着して電荷が蓄積されたとしても、局所的にアーク放電（異常放電）が生じることなく、パーティクルやスプラッシュの発生を抑えることができる。
尚、絶縁被膜２２の膜厚は１００μｍ未満とした理由は１００μｍ未満であると異常放電の発生を抑えることができないためである。
また、絶縁被膜２２は、磁気ギャップ２０の近傍のカソード２１の露出面側に少なくとも設ける必要があるが、筐体１６の真空チャンバー１側の露出面の全ての部位（図示したもの）に設けることが好ましい。
尚、絶縁被膜２２の膜厚は１００μｍ未満とした理由は１００μｍ未満であると異常放電の発生を抑えることができないためである。
また、絶縁被膜２２は、磁気ギャップ２０の近傍のカソード２１の露出面側に少なくとも設ける必要があるが、筐体１６の真空チャンバー１側の露出面の全ての部位（図示したもの）に設けることが好ましい。
更に、絶縁被膜２２は、アルマイトの場合には、アルミニウムを陽極酸化して形成し、アルミナの場合には、溶射処理をして形成するが、この絶縁被膜２２としては、後者のアルミナ溶射膜であることが好ましい。溶射処理により形成された絶縁被膜２２の表面は、適度な粗面となるので誘電材料３１が付着し易くなり、真空チャンバー１内の他の部材に付着して異常放電を起こすことがないからである。
また、イオンビーム源１５を接地電位としないことが好ましい。
このためには、図３に示すようにイオンビーム源１５の筐体１６をテフロン（登録商標）等の絶縁体２３を介して真空チャンバー１に固定すればよい。これにより、カソード２１の表面に付着した誘電材料３１に蓄積された電荷がカソード２１側に移動しづらくなり、局所的にアーク放電（異常放電）を抑えることができる。
このためには、図３に示すようにイオンビーム源１５の筐体１６をテフロン（登録商標）等の絶縁体２３を介して真空チャンバー１に固定すればよい。これにより、カソード２１の表面に付着した誘電材料３１に蓄積された電荷がカソード２１側に移動しづらくなり、局所的にアーク放電（異常放電）を抑えることができる。
また、上記説明した成膜装置は、少なくとも、基板支持手段と、成膜手段と、酸化手段とを備えていればよく、説明した回転ドラム２、スパッタカソード６、１０等に限定されるものではない。
次に、本発明の一実施例について説明する。
（実施例１）
上記図２を用いて説明したイオンビーム源１５のカソード２１をＳＵＳから構成し、その表面に膜厚１００μｍのアルミナを溶射したものを、図１の構成の成膜装置に設けることにより実施例１の成膜装置とした。
（実施例１）
上記図２を用いて説明したイオンビーム源１５のカソード２１をＳＵＳから構成し、その表面に膜厚１００μｍのアルミナを溶射したものを、図１の構成の成膜装置に設けることにより実施例１の成膜装置とした。
（比較例１）
イオンビーム源１５のカソード２１をアルミニウムから構成し、アルミナ溶射処理をしない以外は、実施例１と同様に構成した成膜装置を比較例１の成膜装置とした。
イオンビーム源１５のカソード２１をアルミニウムから構成し、アルミナ溶射処理をしない以外は、実施例１と同様に構成した成膜装置を比較例１の成膜装置とした。
実施例１及び比較例１の成膜装置のそれぞれについて、真空チャンバー１内を常温で０．２Ｐａに減圧して１０分間成膜を行い、Ｓｉ（Ｐ型）製基板上に膜厚５００オングストロームのＳｉＯ２膜を形成した。
上記成膜の過程において、実施例１により生じたアーク放電は０回／秒であった。これに対して、比較例１により生じたアーク放電は２００回／秒であった。
上記結果から、比較例１はイオンビーム源１５のカソード２１の表面に着膜した物質が、異常放電によってパーティクルやスプラッシュの発生原因となるおそれがあるのに対して、実施例１はそのおそれがないことがわかった。
上記結果から、比較例１はイオンビーム源１５のカソード２１の表面に着膜した物質が、異常放電によってパーティクルやスプラッシュの発生原因となるおそれがあるのに対して、実施例１はそのおそれがないことがわかった。
１ 真空チャンバ
２ 回転ドラム
３ 第１成膜ゾーン
４ 第２成膜ゾーン
５ 酸化ゾーン
６ スパッタカソード
７ ターゲット
８ ＡＣ電源
９ ガス導入系
１０ スパッタカソード
１１ ターゲット
１２ ＡＣ電源
１３ ガス導入系
１４ 酸化プラズマ源
１５ イオンビーム源
１６ 筐体
１７ 磁場発生手段
１８ アノード
１９ 反応性ガス導入手段
２０ 磁気ギャップ
２１ カソード
２２ 絶縁被膜
３０ イオンビーム源
３１ 誘電材料
３２ カソード
３３ 反応により形成されたアルミナ
３４ 電荷
２ 回転ドラム
３ 第１成膜ゾーン
４ 第２成膜ゾーン
５ 酸化ゾーン
６ スパッタカソード
７ ターゲット
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９ ガス導入系
１０ スパッタカソード
１１ ターゲット
１２ ＡＣ電源
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１４ 酸化プラズマ源
１５ イオンビーム源
１６ 筐体
１７ 磁場発生手段
１８ アノード
１９ 反応性ガス導入手段
２０ 磁気ギャップ
２１ カソード
２２ 絶縁被膜
３０ イオンビーム源
３１ 誘電材料
３２ カソード
３３ 反応により形成されたアルミナ
３４ 電荷
Claims (3)
- 金属製の筐体に、カソードと、磁気ギャップと、前記筐体内に磁場を生じさせる磁場発生手段と、前記筐体内に反応性ガスを導入するための反応性ガス導入手段と、前記磁気ギャップの近傍に配置されるアノードとを備えるイオンビーム源であって、前記カソード表面に膜厚が１００μｍ〜２００μｍとなるように絶縁被膜を形成したことを特徴とするイオンビーム源。
- 前記絶縁被膜は、アルミナ溶射膜であることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム源。
- 請求項１又は２に記載のイオンビーム源を備えたことを特徴とする成膜装置。
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| JP2003506826A (ja) * | 1999-08-02 | 2003-02-18 | アドバンスド エナジー インダストリーズ， インコーポレイテッド | イオン源を用いる薄膜堆積システム用のエンハンスされた電子放出表面 |
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